DE3606577A1

DE3606577A1 - Metalldampflaserrohr

Info

Publication number: DE3606577A1
Application number: DE19863606577
Authority: DE
Inventors: Antoine Dr. Hégenheim Hirth; Klaus-Herbert 7889 Grenzach-Wyhlen Schetter
Original assignee: Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Current assignee: Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Priority date: 1985-06-05
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1986-12-11
Also published as: US4694463A; FR2583228A1; JPH0235474B2; JPS62174988A; FR2583228B1

Description

SCHWABE · SANDMAIR · MARX

FATE.NTANWÄLTF STUN'·7STHARbE 16 8OuO MÜNCHEN Bu " 3606577

Anwaltsakte 34 847 VII

Deutsch-Französisches Forschungsinstitut Saint-Louis

12, rue de Γ Industrie

68301 Saint-Louis

Frankreich

METALLDAMPFLASERROHR

»(089)968272-74 _s Telekopierer: (089) 983049 Bankkonten: Bayer.Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270)

Telex: 524560 Swan d KaIIe Intotec 6350 Gr. Il + III Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code HYPODE MM

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Diese Erfindung betrifft ein Metalldampflaserrohr.

v⁷ Es sind Laserrohre bekannt, die i. allg. ein zylindrisches Plasmarohr, das in einem dichten Behälter angeordnet ist, eine Elektrode an jedem Ende des Plasmarohrs und einen koaxialen zylindrischen Rückleiter zum Plasmarohr enthalten, wobei ausserdem zwischen dem Plasmarohr und dem Rückleiter ein thermischer Isolator angebracht ist.

Bei diesen bekannten Laserrohren wird die Geometrie des koaxialen Rückleiters eher durch Art und Dicke des thermischen Isolators als durch die Wahl der Konstanten des Stromkreises, insbesondere der daraus resultierenden zusätzlichen Induktanz, bestimmt.

Die Erfinder haben nun beobachtet, dass bei Laserrohren grosser Abmessungen der Beitrag der Induktanz, der durch das leitende Plasma und die koaxiale Hülle, welche den Rückfluss des Stromes gewährleistet, gegeben ist, einen sehr hohen Wert annehmen kann, der nicht vernachlässigbar wird im Vergleich zu der Induktanz der Stromversorgungskreise oder der des Plasmas selbst, und daher Störungen der Anregungsentladung des Laserrohres hervorruft.

Darüberhinaus ist in den bestehenden Laserrohren der gesamte thermische Isolator in dem dichten Niederdruckbehälter enthalten, in dem das Plasmarohr angeordnet ist, und man muss deshalb ein Isoliermaterial vorsehen, das keinerlei Bestandteile enthält, die bei niedrigem Druck und hoher Temperatur verdampfen können. Diese Materialien sind sehr kostspielig und erhöhen somit die Herstellungskosten des Laserrohres.

π Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Herstellung eines Laserrohres dessen Impedanz so nahe wie möglich an die Impedanz, welche eine ideale Entladung in das Laserrohr erlaubt, herankommt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Laserrohr vorzuschlagen, dessen Herstellung kostengünstiger als die existierender Laserrohre ist.

Zur Erreichung dieser Ziele wird nach der Erfindung ein Metalldampflaserrohr vorgesehen, das ein in einem dichten Behälter angeordnetes und von einem thermischen Isolator umgebenes Plasmarohr, eine Elektrode an jedem Ende des Plasmarohres und einen koaxialen zylindrischen Rückleiter zum Plasmarohr, der mit einer der Elektroden verbunden ist, enthält, und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rückleiter einen Radius R gleich:

10⁷ dE

4ττγ² dV
e

besitzt, wobei:

e die Exponentialfunktion

r den Radius des Plasmarohrs, ausgedrückt in Zentimetern dE

dV

die Energiedichte des Plasmas, ausgedrückt in mJ/cnf

ro den spezifischen Widerstand des Plasmas, ausgedrückt in Ohm x cm

U das elektrische Feld, ausgedrückt in V/cm darstellt.

Somit ist die Impedanz des Laserrohres angepasst und die elektrische Entladung durch das Laserrohr hindurch erfolgt praktisch ohne Oszillation.

Nach eimern weiteren Aspekt der Erfindung wird zumindest ein Teil des thermischen Isolators ausserhalb des dichten Behälters angebracht.

Somit wird der Teil des thermischen Isolators, der ausserhalb des dichten Behälters angeordnet ist, nicht unter niedrigen Druck gesetzt und kann mit Materialien hergestellt werden, die organische Binder zu geringen Kosten enthalten, ohne dass die Funktionsweise des Laserrohres gestört wird.

Nach einer vorteilhaften Version der Erfindung ist der Rückleiter in dem Teil des Isolators angebracht, der ausserhalb des dichten Behälters liegt. Somit kann man eine Impedanzanpassung realisieren und gleichzeitig Isoliermaterial zu geringen Kosten verwenden.

Nach einem anderen bevorzugten Aspekt der Erfindung enthält das Plasmarohr ausgeweitete Enden, deren Durchmesser grosser sind als sein Mittelteil und dadurch gekennzeichnet ist, dass die ausgeweiteten Enden des Plasmarohres in dichter Weise mit den Elektrodenhalterungen verbunden sind. Somit wird der dichte Behälter durch das Plasmarohr selbst gebildet und der gesamte thermische Isolator ist ausserhalb des dichten Behälters angeordnet, wobei die ausgeweiteten Enden des Plasmarohres ausserdem eine zu starke Aufheizung desselben in der Nähe der Elektroden verhindern.

V Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung nicht erschöpfender Beispiele in Bezug auf die angefügten Zeichnungen ersichtlich.

- Die Figur 1 ist ein schematischer Längsschnitt einer ersten Realisierungsart des Laserrohrs nach der Erfindung.

- Die Figur 2 ist ein schematischer Längsschnitt einer zweiten Realisierungsart des Laserrohrs nach der Erfindung.

Bezüglich der Figur 1 enthält das Metalldampflaserrohr nach der Erfindung ein zylindrisches Plasmarohr 1 z.B. ein Rohr aus feuerfester Keramik, das in einem dichten Behälter 2 angeordnet ist. Der dichte Behälter 2 wird z. B. durch ein Rohr aus feuerfester Keramik 3 begrenzt, dessen Enden jeweils mit einem Ende von einem flexiblen Metallrohr 4 verbunden sind, dessen eines Ende auf dichte Art und Weise an den Elektrodenhalterungen 5 befestigt ist, die die Elektroden 6 tragen. Die Elektrodenhalterungen 5 enthalten in klassischer Art Vorrichtungen zur Kühlung, die nicht dargestellt sind, z. B. einen Kühlwasserkreis. Eine der Elektrodenhalterungen ist durch ein Kabel 7 mit einer Stromversorgungsvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden, die elektrische Impulse erzeugt, welche das in dem dichten Behälter 2 befindliche Lasermedium anregen sollen. Die Elektroden 6 sind in klassischer Weise als Rohrelek-

troden ausgeführt, deren äusseres Ende durch Fenster 8 verschlossen ist, welche die Transmission des Laserstrahls ermöglichen.

Ein Rückleiter 9 ist koaxial zu dem Plasmarohr 1 angeordnet und eines seiner Enden ist über die Elektrodenhalterung 5 mit einer der Elektroden 8 verbunden, wahrend das andere Ende über ein Kabel 10 mit der Masse verbunden ist.

Um eine Impedanzanpassung zu gewährleisten, die günstig ist für eine Entladung ohne Oszillation des Stromversorgungsimpulses, ist der Radius R des Rückleiters 9 vorzugsweise ungefähr gleich:

wobei:

e die Exponentialfunktion

r den Radius des Plasmarohrs, ausgedrückt in Zentimetern

-irr die Energiedichte des Plasmas, ausgedrückt in mJ/cnf

ro den spezifischen Widerstand des Plasmas, ausgedrückt in Ohm χ cm

L) das elktrische Feld, ausgedrückt in V/cm darstellt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Plasmarohr 1 von einem thermischen Isolator umgeben, dessen einer Teil 11 im Innern des dichten Behälters 2 zwischen dem Plasmarohr 1 und dem Rohr 3, das den dichten Behälter begrenzt, angeordnet ist, während ein zweiter Teil 12 des thermischen Isolators ausserhalb des dichten Behälters 2 angeordnet ist. Der im Innern des dichten Behälters 2 angeordnete Teil des thermischen Isolators 11 wird z. B. aus aufgespulten Aluminiumoxidfasern gebildet, um sicherzustellen, dass keinerlei Unreinheiten in dem dichten Behälter 2 verdampfen. Dagegen wird der Teil 12 des thermischen Isolators aus einem Material gebildet, welches organische Binder enthalten kann, die nicht

bei Atmosphärendruck verdampfen. Nach der in Figur 1 gezeigten Bauart ist der Rückleiter 9 in dem Teil des Isolators 12 angeordnet, der sich ausserhalb des dichten Behälters befindet. Somit ist der Rückleiter von der Elektrode 8 getrennt, mit der er nicht direkt durch ein Medium bei Atmosphärendruck verbunden ist, und die Gefahr der Bildung eines elektrischen Lichtbogens zwischen dem Rückleiter und den Elektroden für die Stromversorgung ist dadurch minimiert.

In der durch die Figur 2 dargestellten Bauart wurden die mit denen der ersten Bauart vergleichbaren Elemente mit den gleichen Bezugszahlen wie Figur 1 versehen. Bei dieser Bauart hat das Plasmarohr 1 ausgeweitete Enden 101 deren Durchmesser grosser sind als der des mittleren Teils und diese ausgeweiteten Enden 101 sind direkt in dichter Art mit den Elektrodenhalterungen 5 über die flexiblen Metallrohre 4 verbunden. Somit erhält man ein Laserrohr vereinfachten Aufbaus, dessen Plasmarohr gleichzeitig die Wand des dichten Behälters darstellt. Hierzu ist festzustellen, dass der ausgeweitete Teil 101 des Plasmarohrs dessen überhitzung in der Nähe der Elektroden vermeidet und somit verhindert, dass die Verbindung zwischen dem Rohr 1 und den flexiblen Metallrohren zu starken Belastungen ausgesetzt wird. Sein Aufbau ermöglicht ebenfalls die Anordnung des gesamten thermischen Isolators ausserhalb des dichten Behälters. Daraus resultiert daher eine besonders grosse Reinheit der in dem dichten Behälter 2 enthaltenen Dampfe.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Bauarten beschränkt und sie kann mit Ausführungsvarianten versehen werden.

Insbesondere kann eine Heizvorrichtung, die in den Isolator integriert ist,vorgesehen werden, um ein Vorheizen der Wände des Plasmarohrs und die Verdampfung des Metalls sicherzustellen.

Obwohl der aussen angeordnete thermische Isolator 12 in Form einer starren Masse dargestellt wurde, kann eine äussere Hülle vorgesehen werden, in der ein Isolator aus weichem Material angeordnet ist.

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Claims

ANSPRÜCHE

ίχ. Metalldampflaserrohr, enthaltent ein zylindrisches Plasmarohr (1), das in einem dichten Behälter (2) angeordnet ist und von einem thermischen Isolator umgeben ist, eine Elektrode (6) an jedem Ende des Plasmarohrs, und einen zylindrischen Rückleiter (9) koaxial zu dem Plasmarohr (1) und mit einer der Elektroden verbunden, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückleiter (9) einen Radius R ungefähr gleich:

IQ⁷

dE /roΝ²

dv \ uy

e
besitzt, wobei:

e die Exponentialfunktion

r den Radius des Plasmarohrs, ausgedrückt in Zentimetern

i!L die Energiedichte des Plasmas, ausgedrückt in mJ/cni⁵ dV

ro den spezifischen Widerstand des Plasmas, ausgedrückt in Ohm χ cm

U das elektrische Feld, ausgedrückt in V/cm darstellt.
2. Metalldampflaserrohr entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das zumindest ein Teil (12) des thermischen Isolators ausserhalb des dichten Behälters (2) angeordnet ist.
3. Metalldampflaserrohr entsprechend Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückleiter (9) in dem Teil des Isolators (12) angebracht ist, der ausserhalb des dichten Behälters (2) liegt.
4. Metalldampflaserrohr entsprechend Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasmarohr ausgeweitete Enden (101) enthält, deren Durchmesser grosser sind als der seines mittleren Teils, und dass die ausgeweiteten Enden (101) des Plasmarohrs in dichter Art und Weise mit den Elektrodenhalterungen (5) verbunden sind.